Stellite 21
Stellite 21 का परिचय
Stellite 21 एक व्रॉट (wrought) कोबाल्ट-आधारित एलॉय है, जो अपनी असाधारण टफनेस, संक्षारण प्रतिरोध (corrosion resistance) और उच्च तापमान पर यांत्रिक स्थिरता (high-temperature mechanical stability) के लिए जाना जाता है। अन्य Stellite ग्रेड्स जहाँ मुख्यतः हार्डनेस और एब्रेशन रेसिस्टेंस को प्राथमिकता देते हैं, वहीं Stellite 21 उन अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है जहाँ वियर प्रतिरोध के साथ-साथ बेहतर इम्पैक्ट और थर्मल शॉक परफॉर्मेंस आवश्यक हो। कोबाल्ट, क्रोमियम, निकेल और मोलिब्डेनम का संतुलित संयोजन उत्कृष्ट मेटलर्जिकल स्थिरता और गैलिंग (galling) के विरुद्ध प्रतिरोध देता है, जिससे यह स्लाइडिंग कॉन्टैक्ट और मैकेनिकल शॉक वाली स्थितियों में उपयुक्त बनता है।
Stellite 21 को अक्सर फोर्जिंग या कास्टिंग के जरिए तैयार किया जाता है, और फिर उन्नत CNC machining तकनीकों द्वारा प्रिसिशन-फिनिश किया जाता है। इसका उपयोग एयरोस्पेस, न्यूक्लियर, पेट्रोकेमिकल और मेडिकल उद्योगों में व्यापक रूप से किया जाता है—जैसे वाल्व सीट्स, इंजन स्लीव्स, जॉइंट इम्प्लांट्स और टरबाइन हार्डवेयर—विशेषकर वहाँ जहाँ डाइमेंशनल स्टेबिलिटी और कम-घर्षण (low-friction) मेटल-टू-मेटल कॉन्टैक्ट अत्यंत महत्वपूर्ण होता है।
Stellite 21 के रासायनिक, भौतिक और यांत्रिक गुण
Stellite 21 (UNS R30021 / AMS 5385 / ISO 5832-3) एक corrosion- और wear-resistant कोबाल्ट-क्रोमियम-मोलिब्डेनम एलॉय है, जिसमें बेहतर इम्पैक्ट स्ट्रेंथ और थर्मल फटीग रेसिस्टेंस होता है। यह व्रॉट, कास्ट और पाउडर मेटलर्जी रूपों में उपलब्ध है।
रासायनिक संरचना (सामान्य)
तत्व | संरचना सीमा (wt.%) | मुख्य भूमिका |
|---|---|---|
कोबाल्ट (Co) | बैलेंस (≥60.0) | संक्षारण, टफनेस और तापीय मजबूती हेतु बेस मैट्रिक्स |
क्रोमियम (Cr) | 26.0–30.0 | ऑक्सीकरण प्रतिरोध बढ़ाता है और पैसिव प्रोटेक्टिव लेयर बनाता है |
मोलिब्डेनम (Mo) | 5.0–6.0 | पिटिंग और क्रीविस कोरोजन के विरुद्ध प्रतिरोध बढ़ाता है |
निकल (Ni) | 2.0–4.0 | टफनेस और वेल्डेबिलिटी में सुधार |
कार्बन (C) | 0.20–0.30 | डक्टिलिटी बनाए रखते हुए वियर प्रतिरोध हेतु कार्बाइड्स बनाता है |
लोहा (Fe) | ≤3.0 | रेज़िडुअल तत्व |
सिलिकॉन (Si) | ≤1.0 | कास्टिंग के दौरान फ्लो और सतह फिनिश सुधारता है |
मैंगनीज़ (Mn) | ≤1.0 | ग्रेन स्ट्रक्चर को रिफाइन करता है और हॉट वर्केबिलिटी सुधारता है |
भौतिक गुण
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक/स्थिति |
|---|---|---|
घनत्व | 8.33 g/cm³ | ASTM B311 |
गलन सीमा | 1385–1435°C | ASTM E1268 |
तापीय चालकता | 14.0 W/m·K at 100°C | ASTM E1225 |
विद्युत प्रतिरोधकता | 0.98 µΩ·m at 20°C | ASTM B193 |
तापीय प्रसार | 13.4 µm/m·°C (20–400°C) | ASTM E228 |
विशिष्ट ऊष्मा क्षमता | 430 J/kg·K at 20°C | ASTM E1269 |
लोच मापांक | 210 GPa at 20°C | ASTM E111 |
यांत्रिक गुण (Wrought या HIP + Heat Treated)
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक |
|---|---|---|
कठोरता | 30–35 HRC (annealed) / 35–42 HRC (aged) | ASTM E18 |
तन्य शक्ति | 900–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
यील्ड शक्ति (0.2%) | 400–600 MPa | ASTM E8/E8M |
वृद्धि (Elongation) | 8–15% | ASTM E8/E8M |
इम्पैक्ट टफनेस | ≥80 J (Charpy V-notch at RT) | ASTM E23 |
गैलिंग प्रतिरोध | उत्कृष्ट | ASTM G98 |
Stellite 21 की प्रमुख विशेषताएँ
उच्च टफनेस और क्रैक प्रतिरोध: कम कार्बन कंटेंट के कारण यह अन्य Stellite ग्रेड्स की तुलना में बेहतर थर्मल फटीग, इम्पैक्ट लोडिंग और मैकेनिकल शॉक के विरुद्ध प्रतिरोध प्रदान करता है।
क्लोराइड और अम्लीय मीडिया में संक्षारण प्रतिरोध: मोलिब्डेनम + क्रोमियम का संयोजन पिटिंग और क्रीविस कोरोजन के विरुद्ध उत्कृष्ट प्रतिरोध देता है।
अच्छा गैलिंग प्रतिरोध: दबाव में बिना लुब्रिकेशन के मेटल-टू-मेटल कॉन्टैक्ट अनुप्रयोगों में अच्छा प्रदर्शन।
उच्च तापमान पर डाइमेंशनल स्थिरता: चक्रीय थर्मल वातावरण में 850°C तक विश्वसनीय संचालन, न्यूनतम डिस्टॉर्शन/डीग्रेडेशन के साथ।
Stellite 21 के लिए CNC मशीनीकरण की चुनौतियाँ और समाधान
मशीनीकरण की चुनौतियाँ
मध्यम कार्बाइड कंटेंट
Stellite 6 या 12 की तुलना में कम एब्रसिव होने के बावजूद, वितरित कार्बाइड्स और एलॉय की टफनेस के कारण टूल वियर फिर भी एक चुनौती रहती है।
कम तापीय चालकता
लोकल हीटिंग और वर्क हार्डनिंग का जोखिम बढ़ता है, खासकर फिनिशिंग ऑपरेशंस या लंबे टूल एंगेजमेंट के दौरान।
स्प्रिंगबैक और टूल डिफ्लेक्शन
उच्च मापांक (modulus) और स्ट्रेंथ के कारण रफिंग और प्रोफाइल कट्स में टूल चैटर और डाइमेंशनल इनएक्युरेसी हो सकती है।
अनुकूलित मशीनीकरण रणनीतियाँ
टूल चयन
पैरामीटर | सिफारिश | तर्क |
|---|---|---|
टूल सामग्री | PVD-coated carbide (K20–K30) या फिनिशिंग के लिए CBN | वियर प्रतिरोध और टफनेस का संतुलन |
कोटिंग | TiSiN या AlCrN (3–5 µm) | टूल तापमान और घर्षण कम करता है |
ज्योमेट्री | न्यूट्रल से थोड़ा नेगेटिव रेक, होन्ड कटिंग एज (0.03 mm) | एज इंटीग्रिटी और सतह फिनिश बेहतर बनाता है |
कटिंग पैरामीटर (ISO 3685 अनुरूप)
ऑपरेशन | स्पीड (m/min) | फीड (mm/rev) | कट की गहराई (mm) | कूलेंट प्रेशर (bar) |
|---|---|---|---|---|
रफिंग | 12–18 | 0.15–0.25 | 1.5–2.5 | 100–120 |
फिनिशिंग | 20–28 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
मशीनीकृत Stellite 21 भागों के लिए सतह उपचार
हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP)
HIP फटीग लाइफ सुधारता है और आंतरिक पोरोसिटी हटाता है—विशेष रूप से कास्ट या 3D-प्रिंटेड पार्ट्स में, जहाँ डायनेमिक लोडिंग होती है।
हीट ट्रीटमेंट
Heat Treatment ग्रेन स्ट्रक्चर को स्थिर करता है और मशीनीकरण से उत्पन्न रेज़िडुअल स्ट्रेस को कम करते हुए हार्डनेस बढ़ाने में मदद करता है।
सुपरएलॉय वेल्डिंग
Superalloy Welding में मैचिंग फिलर (Stellite 21 rod) का उपयोग जॉइंट इंटीग्रिटी बढ़ाता है और कोरोजन/वियर परफॉर्मेंस से समझौता नहीं होने देता।
थर्मल बैरियर कोटिंग (TBC)
TBC Coating 800°C से ऊपर दहन या हॉट गैस एक्सपोज़र वाले अनुप्रयोगों में पार्ट लाइफ बढ़ाती है।
इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनीकरण (EDM)
EDM कॉम्प्लेक्स ज्योमेट्री को Ra <0.5 µm तक फिनिश कर सकता है, साथ ही फिनिशिंग के दौरान मैकेनिकल स्ट्रेस से बचाता है।
डीप होल ड्रिलिंग
Deep Hole Drilling वियर-रेज़िस्टेंट बोर्स, सील कैविटीज और लुब्रिकेशन चैनल्स में उच्च सटीकता सुनिश्चित करती है।
सामग्री परीक्षण और विश्लेषण
Material Testing में तन्य परीक्षण, हार्डनेस वैरिफिकेशन, मेटलोग्राफी और NDT (ultrasonic, dye penetrant, X-ray) शामिल हैं।
Stellite 21 घटकों के उद्योग अनुप्रयोग
एयरोस्पेस और पावर जेनरेशन
टरबाइन इंजनों और हॉट सेक्शन असेंबली के लिए वाल्व गाइड्स, बुशिंग्स और हाई-लोड स्लाइडिंग वियर कंपोनेंट्स।
न्यूक्लियर और पेट्रोकेमिकल
रिएक्टर वाल्व सीट्स, पंप शाफ्ट्स और कंट्रोल हार्डवेयर—जो हाई-प्रेशर कोरोजन और रेडिएशन एक्सपोज़र के प्रति प्रतिरोधी हों।
मेडिकल और ऑर्थोपेडिक डिवाइसेज़
हिप और नी जॉइंट कंपोनेंट्स—उत्कृष्ट बायोकम्पैटिबिलिटी और डायनेमिक लोडिंग में टिकाऊपन के कारण।
सामान्य उद्योग
टूल्स, वियर पैड्स और बेयरिंग स्लीव्स—जो प्रेशर के तहत रेसिप्रोकेटिंग या ऑस्सिलेटिंग वियर कंडीशन्स में उपयोग होते हैं।
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